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25 Farbsystem und Farbtoleranzen bei Lederfarben aus dem Jahre 1962

Sonderdrude aus DAS LEDER 1962, Heft S, Seite 116

(Untersuchungen zu Fragen der Lederfärberei I)

Von H. Wacker

(Aus der Versuchs und Forschungsanstalt für Ledertechnik der Westdeutschen Gerberschule, Reutlingen)

Die Möglichkeiten der Farbenkennzeichnung sowie der zahlenmäßigen Erfassung von Farbtoleranzen werden anhand einiger der bestehenden Farbordnungen geschildert und die aus der Toleranzformel von M. Richter (DIN 6164) sich ergebenden Farbunterschiede zu bestimmten Stammfarben praktisch vorgeführt.

The possibilities of characterizing colors and of quantitatively establishing color tolerances on the basis of some of current color Systems are discussed. The color differences from definite basic colors arising from the application of the tolerance formula of M. Richter (DIN 6164) are practically demonstrated.

Farbsystem und Farbtoleranzen bei Lederfarben

Von H. Wacker

In zunehmendem Maße kann man das Bestreben, Farben unmissverständlich zu kennzeichnen und Farbunterschiede zahlenmäßig auszudrücken, beobachten. Studien in dieser Richtung sind von verschiedenen Stellen und Forschern durchgeführt worden.

Unsere Untersuchungen gründen sich auf eine von M. Richter gefundene Toleranzformel, die aus dem von ihm vorgeschlagenen Farbsystem nach DIN 6164 entwickelt worden ist. Sie sollen anhand von gemessenen Differenzen zwischen einer Vorlage als Standardfarbe und aus ihr durch bestimmte Zusätze - Buntfarbe, Weiß, Schwarz und Grau - erhaltenen abweichenden Farben dem Betrachter ein Bild über die Möglichkeit vermitteln, Farben zu messen und insbesondere Abweichungen zahlenmäßig zu erfassen.

Grundsätzlich kann die Aufgabe nur gelöst werden durch eine eindeutige Festlegung der Farben im Farbenraum und des Abstandes der vom Standard abweichenden Farben. Die Bezeichnung des Platzes einer Farbe ist nur aufgrund einer Farbordnung möglich, in der jede Farbe nur einen durch ihre Bestandteile bedingten Ort hat. Eine wissenschaftlich exakte Farbordnung setzt ein physikalisch einwandfreies Messverfahren voraus. Hierüber hat A. Brockes in vortrefflicher Weise berichtet, und es sei hier nur das Grundsätzliche wiederholt.

Farbe ist nach internationaler Vereinbarung die durch Verarbeitung eines Lichtreizes entstandene Empfindung, die als Farbvalenz bezeichnet wird. Die eindeutige Bezeichnung der diese Farbvalenz ergebenden Reize erfolgt durch die der niederen Farbenmetrik zugehörige Farbmessung, ist also eine Aufgabe der Physik. Die höhere Farbenmetrik hat die Zuordnung von Reiz und Farbe, welche in der Harmonie der Farben ihren höchsten Ausdruck findet, zum Inhalt und gehört in die Bereiche der Physiologie und der Psychologie. Eine scharfe Trennung lässt sich naturgemäß nicht durchführen. So müsste schon bei der bloßen Ordnung der Farben eine psychologische Grundforderung erfüllt sein, nämlich die empfindungsgemäß gleichabständige Anordnung der Farben im Räume, den die unendlich große Anzahl der Farben übergangslos erfüllt.

Die Ordnung der Farben besteht in der Auswahl einer bestimmten Anzahl von Farben, die in verschiedenen Farbsystemen zusammengefasst sind. So können Farben z. B. als Mischungen von drei verschiedenen Grundfarben aufgefasst werden; dies fordert eine dreidimensionale Anordnung der Farben im Raum. Die Wahl dieser drei Grundfarben ist in unterschiedlicher Weise möglich und die Ursache dafür, dass verschiedene Farbsysteme (Farblehren) angetroffen werden. Die außerordentlich komplizierten Zusammenhänge zwischen Reiz und Empfindung sind wohl der Grund, dass keine der heute vorgeschlagenen Farbordnungen die oben erwähnte Grundforderung nach Gleichabständigkeit der ausgewählten Norm-Farben ideal erfüllt, so dass auch alle Farbdifferenz- und Toleranzformeln noch nicht endgültig sein dürften.

Alle Körperfarben sind das Ergebnis des von den Oberflächen der Körper in das Auge gelangenden Gemisches farbiger Lichtstrahlen (homogener Lichter), welche als Rest des beleuchtenden, meist weißen Lichtes der Sonne oder künstlichen Lichtquelle nach der durch Farbpigmente verursachten Absorption (Schluckung) zurückgeworfen, remittiert, werden.

A. Farbordnungssysteme

1. CIE - System

Internationale Vereinbarungen brachten in zwei Punkten eine einheitliche Basis der Farbmessung und damit auch der Farbordnungsmöglichkeit. Die CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) legte einen Normalbeobachter fest und schaffte dadurch die einheitliche Basis für den Reizempfänger. Da das remittierte Restlicht abhängig von der spektralen Zusammensetzung des beleuchtenden Lichtes ist, wurde auch dieses genormt und in Normlichtarten festgelegt. Das wirklich unbunte weiße Licht des energiegleichen Spektrums ergibt den Unbuntpunkt E; die Normlichtart A ist das von einer normalen Glühlampe bei einer Farbtemperatur von 2850° K erzeugte rötliche Licht; damit ist die künstliche Beleuchtung standardisiert. Durch genau und stets reproduzierbar festgelegte Filter entsteht aus dieser die Normlichtart C als Typ eines etwas bläulichen Tageslichtes mit entsprechend spektraler Zusammensetzung.

(Die Xenonhochdrucklampe verwirklicht diese Zusammensetzung so vollkommen, dass mit deren internationaler Anerkennung zu rechnen ist.)

Auf die spektrale Hellempfindlichkeit des Auges des Normalbeobachters sind die drei Norm- Spektralwertkurven x, y, z des CIE-Systems bezogen, die aus den Spektralwerten gebildet werden. Die Messung der Farben besteht in der Auswertung der Remission der Farbe, die im Abstand von 10 mμ gegen Normal weiß (MgO, BaSO4) mit der Remission 100 über das ganze Spektrum festgestellt wurde. Das Ergebnis erhält man in den Farbwerten X, Y, Z, welche die Farbvalenz vollständig kennzeichnen; es sind etwa die Anteile roter, grüner und blauer genormter Spektralgebiete, die als Primärvalenzen international vereinbart sind. Die Normfarbwerte werden im Gewichtsordinatenverfahren durch Rechnung auf die beleuchtende Lichtart bezogen. Diese sehr viel Zeit beanspruchende Auswertung der Remission ist die derzeit genaueste Farbmessung. Daher werden alle auf anderen Wegen erhaltenen Ergebnisse auf diejenigen des Gewichtsordinatenverfahrens bezogen.

Das Auswahlwellenlängenverfahren wertet die Remission bei 30 den drei Spektralwertkurven zugeordneten Wellenlängen aus. Dieses Verfahren ist kürzer; wenn auch die Genauigkeit nicht die des Absolutverfahrens erreicht, so genügen die Werte in den meisten Fällen.

In den Filtermessmethoden wird die Remission nicht für je 10 mμ über das Spektrum gemessen, sondern mit drei Filtern, die die spektrale Zusammensetzung der Normspektralwertkurven in möglichster Annäherung haben. Die Auswertung dauert nur wenige Minuten, doch wird die Genauigkeit der beiden beschriebenen Verfahren nicht erreicht, so dass Absolutmessungen nicht möglich sind; doch können Differenzmessungen mit genügender Genauigkeit vorgenommen werden.

Abb. 1. Farbtafel des CIE-Systems

in die Normfarbwertanteile x, y, z, deren Summe 1 ergibt, umgerechnet. Da drei Größen nach der Gleichung x + y + z = 1 die Farbe vollständig und eindeutig festlegen, genügt die Angabe von zweien, da die dritte dann ebenfalls bekannt ist. Durch entsprechende Umformung lassen sich die Werte x und y in einem rechtwinkligen Koordinatensystem fixieren, und damit sind zwei Eigenschaften einer Farbe festgelegt; es ist der Farbton, die Aussage über die Art des Buntanteils (Rot, Grün, Blau usw.), und die Sättigung, d. h. der Anteil dieser Buntfarbe in der vorliegenden Farbe. Die CIE-Farbtafel enthält in dem rechtwinkligen Koordinatensystem auf der Ordinate die y-Werte und auf der Abszisse die x-Werte; der Spektralfarbenzug stellt die reinsten Farben (Spektralfarben) dar (Abb. 1).

Im Inneren des Spektralfarbenzuges liegen die Farbörter des Unbunt (Weiß) für die entsprechenden Normlichtarten:

A: xa=0,447; C:ya=0,407. C:xc=0,310; yc =0,316.

Auf den Verbindungslinien des Weißpunktes mit den Spektralfarben liegen die aus Weiß und diesen entstehenden weniger gesättigten Farben; es sind die Farben gleicher Farbart (chromaticity).

Als dritte Größe ist im CIE-System die Helligkeit festgelegt, und der Normfarbwert Y ist durch entsprechende Bewertung der Primärvalenzen ein Maß für die Helligkeit oder den visuellen Remissionsgrad. Durch einen Index, z. B. Yc, wird angezeigt, aufweiche Normlichtart die Messung bezogen ist. Leider ist sowohl die Angabe von X, Y, Z wie auch die von x, y, Y wenig anschaulich und mehr für den abstrakt denkenden Physiker von Bedeutung. In valenzmetrischer Hinsicht ist diese Darstellung der Remission auf jeden Fall einwandfrei. Daraus ergibt sich, dass für jedes Farbordnungssystem, welches der Grundforderung genügt, dass in ihm jede Farbe nur einen einzigen Platz haben darf, auch tatsächlich eine Umrechnungsmöglichkeit auf dieses CIE-System gegeben ist.

Der CIE-Farbkörper besteht aus Farbtafeln, die sich unter der von Brockes gezeigten immer kleiner werdend mit der gemeinsamen Unbuntreihe gegen den Schwarzpunkt in zunächst unbestimmten Helligkeitsgraden übergangslos anreihen. Er hat die Form einer in einigen Ecken unterschiedlich abgerundeten triangulären Pyramide. Die Schwierigkeiten der Farbbezeichnungen allgemein entstehen aus der vorhandenen Uneinheitlichkeit des Begriffes der Helligkeit, der bei den verschiedenen Forschern und Systemen durchaus verschieden beinhaltet wird.

2. System DIN 6164

Anschaulicher und damit der Mehrzahl der mit Farben Umgehenden geläufiger und zugänglicher sind Ordnungssysteme, bei denen mindestens die Eigenschaft des Bunt oder der Farbton sinnfälliger zum Ausdruck gebracht wird. Dem CIE-System angeglichen, ordnet daher Richter im DIN-System 6164 die Farbtöne nach den Gesetzen der Statistik gleichabständig und stellt sie im Spektralfarbenzug als reinste sogenannte Optimalfarben durch die gleichfarbige Wellenlänge dar

(s. Abb. 2 u. 3).

Auf diese Weise entsteht ein 24teiliger Farbtonkreis. Nach dem gleichen Prinzip wird die Sättigung in Stufen eingeteilt. In den Bezeichnungen für Farbton und Sättigung wird die Farbart festgelegt. Farben gleicher Farbart liegen auf den Strahlen vom Weiß- bzw. Unbuntpunkt der Normlichtart zu der auf dem Spektralfarbenzug liegenden Optimalfarbe. Die Sättigung steigt von 0 des Unbunt bis zum Maximum der Optimalfarbe (= Spektralfarbe).

Die Helligkeit wird in diesem System durch die Dunkelstufe bezeichnet; damit werden Verwechslungen mit anderen Systemen vermieden. Die Dunkelstufe D ist nach DIN 6164, Blatt 1, 2.3 ein Maß für die Helligkeitsbeziehung der Körperfarben untereinander. Sie ist ein Maß für die Helligkeit der Farbe im Verhältnis zur Helligkeit der artgleichen Optimalfarbe. Über die Beziehung Hellbezugswert und deren Verhältnis zur Dunkelstufe gibt eine Formel in DIN 6164, Blatt 1, 2.3 Auskunft.

Abb. 2

Die Maßzahlen nach DIN 6164 werden aus den Werten für Xc, yc, Yc durch graphische Auswertung gewonnen und ergeben das Farbzeichen

T : S : D,

z. B. 1 : 5 : 3

(gesprochen eins zu fünf zu drei)

wodurch der Farbton (T) 1 die Sättigung (S) 5 und die Dunkelstufe (D) 3 dargestellt werden, wobei für jede Sättigungsstufe der Hellbezugswert A0 in Tabellen niedergelegt ist. Auf den Verbindungslinien der Farben der Sättigungsstufen zum Schwarzpunkt liegen die Farben zunehmender Dunkelstufe von 0 für Weiß bzw. von ihm ausgehende Farbarten bis 10 für Schwarz (Abb. 4a u. 4b).

Abb. 3. System der DIN-Farbenkarte

Abb. 4. Farbkörper nach dem DIN-System

Die Farben gleichen Farbtons werden in einem Dreieck untergebracht. Wegen der unterschiedlichen Helligkeit der Buntfarben (z.B. Gelb-Blau) sind diese Dreiecke verschieden geformt. Die 24 farbtongleichen Dreiecke überspannen den Farbenraum mit einem Gitternetz, in dessen Mitte als Achse die unbunten Farben liegen. Da die Farben ihren Maßzahlen entsprechend analytisch eingetragen sind, entsteht ein unsymmetrischer Doppelkegel, der Luther-Nybergsche Farbkörper.

Inzwischen sind die Normfarben des Systems DIN 6164 in Form von Aufstrichen als Beiblätter zur DIN Farbenkarte bis auf wenige Farbtöne erschienen. Die Farben eines jeden Farbtons sind in Dunkelstufen und Sättigungsreihen angeordnet. Aus den DIN-Werten ist die untersuchte Toleranzformel von Richter entwickelt worden.

3- Ostwald-System

Die wohl klarste Ordnung der Farben hat Wi. Ostwald geschaffen, indem er die auch für den Nichteingeweihten am leichtesten verständliche Triade Farbton, Weiß- und Schwarzgehalt zugrunde legte. Insbesondere seine Messung nach dem Filterverfahren, der Begriff Vollfarbe für die reinsten praktisch herstellbaren Farbtöne sowie die Teilung des Farbtonkreises haben ihm heftige Kritik besonders der Physiker zugezogen. Diese teilweise berechtigten Angriffe lösten eine Reihe von Korrekturen aus, so dass nun die Ostwaldsche Art der Farbenkennzeichnung ehrenvoll und nicht schwerer problembeladen inmitten der heutigen Farbenlehre steht, als deren übrige Teile. Sie hat auch in der neu herausgebrachten DIN-Karte insofern eine Würdigung erfahren, als die Umrechnungsmöglichkeit aus den CIE-Werten durch entsprechende Formeln dargelegt und neben den DIN- und CIE-Bezeichnungen auch die Ostwalds aufgenommen wurden.

In der Ostwaldschen Farbordnung werden die Farben ausschließlich in ihrer Wahrnehmung betrachtet und z.B. der unterschiedlichen Eigenhelligkeit der Farbtöne (= Optimalfarben) dadurch Rechnung getragen, dass trotz gleichen Farbzeichens die Schwarzgehalte der als kalt empfundenen Farben andere Werte haben. Das System baut auf dem Weber-Fechnerschen Gesetz über den Zusammenhang von Reiz und Empfindung als Grenzgesetz (ähnlich den Gasgesetzen) auf. Auch der Nichtfachmann sieht in den Ostwald-Bestandteilen (Grundfarben) die Aufbauelemente jeder Farbe, und überdies bietet diese Ordnung in der praktischen Färberei unerreichte Hilfestellung, weil der Färber eben bewusst auf die Nachbildung der Bestandteile Vollfarbe = Farbton-, Weiß- und Schwarzgehalt hinarbeiten kann. Auch durch die Ostwaldzahlen können grundsätzlich Toleranzen festgelegt werden. Die gesamte Farbenwelt bringt Ostwald in einem Doppelkegel unter, der den psychologischen Verhältnissen, also der Gleichabständigkeit der Farben gleichen Farbtons weitgehend Rechnung trägt, dagegen hinsichtlich der Farbtöne diese Voraussetzung nicht erfüllt (Abb. 5).

Abb. 5

Farben gleichen Farbtons sind im farbtongleichen Dreieck geordnet (Abb. 6a); die Farbbestandteile Weiß und Schwarz fixieren eindeutig den Ort einer Farbe für einen Farbton. Das Ostwald-Farbzeichen besteht aus der Angabe des Farbtons als Zahl aus dem 24teiligen Farbtonkreis und zwei Buchstaben, von denen der erste den Weißgehalt, z. B. g, der zweite den Schwarzgehalt, z.B. a, angibt. Die umstrittene Buchstabenbezeichnung ist aus der geometrischen Einteilung und Ordnung der unbunten Farben abgeleitet, wo Ostwald anstelle der Zahlen für Weiß und Schwarz Buchstaben gewählt hat. Sie beginnen bei dem hellsten technischen Unbunt (Weiß), welches mit einem Weißgehalt = Remission von 89% den Buchstaben a bekommt; da die unbunten Farben nur Weiß und Schwarz enthalten, gibt die Differenz zu 1 (oder 100%), wodurch das eingestrahlte Licht dargestellt wird, den verschluckten Teil, also den Schwarzgehalt, in diesem Falle zu 11%.

Die Buchstaben bedeuten also sowohl Weiß- wie Schwarzgehalt; im Farbzeichen der Buntfarben ist ein Irrtum dadurch ausgeschlossen, dass der Buchstabe für das Weiß immer nach der Zahl für den Farbton gesetzt wird (s. Abb. 6b).

Über die Zweckmäßigkeit dieser Bezeichnungsart gehen die Meinungen auseinander, es ist wohl Geschmacksache, doch sei nicht verkannt, dass man zum Rechnen und zur feineren Unterteilung Zahlen braucht. Die Dunkelstufenbezeichnung mit Zahlen von 1 bis 10 gibt ebenso wenig direkt den Hellbezugswert wie die Ostwaldschen Buchstaben. Es ist jedenfalls reizvoll zu sehen, dass insofern weitgehende Übereinstimmung zwischen der DIN-Ordnung und der Ostwalds besteht, als man feststellen kann, dass die Farben, welche Ostwald als Schattenreihen untereinander anbringt, auch in dem auf anderem Wege erhaltenen System meist untereinander liegen und ebenfalls diese Bezeichnung tragen. Darin ist wohl eine Bestätigung der grundsätzlichen Richtigkeit beider Systeme zu sehen. Noch größere Übereinstimmung zeigen die Dunkelstufen, die in fast allen Dreiecken mit den Ostwaldschen Schwarzgleichen übereinstimmen. Dies ist zu erwarten, da Ostwalds Schwarzwerte die Eigenhelligkeit der reinsten Farben zum Ausdruck bringen und jeder Auswahl von Farben empfindungsmäßiger Gleichabständigkeit = Normung das Weber-Fechnersche Gesetz zugrunde liegt, so findet man im Beiblatt 25 DIN 6164 für die Dunkelstufen von 0,5 - 1,0 - 1,5 … 10 die Ostwaldschen Buchstaben a, b, c … z; beide Bezeichnungen bedeuten dieselben Hellbezugswerte A = (Yc).

Die Ecken des Dreiecks sind mit den durch Pigmente nicht realisierbaren Farben Weiß

(= Remission 100%), Optimalfarbe (= Spektralfarbe) und Schwarz (= Remission 0%) besetzt. Die Seite Vollfarbe (für die reinsten technisch herstellbaren Farben zum Unterschied von Optimalfarbe, die durch spektrale Summierung der den Farbton ergebenden monochromatischen Strahlen entsteht) - Schwarz (mit der Remission 0 ist technisch durch Pigmente nicht realisierbar) ist offen und durch den jeweiligen Stand der Technik begrenzt.

Abb. 6 Farbtongleiches Dreieck

Es können daher alle Farben unserer Umwelt im Ostwaldschen Farbkörper untergebracht werden). Die vollkommenste Darstellung der Ostwaldschen Farben liegt im color harmony manual vor; hier werden durch Einfügen von Zwischenfarbtönen die zu großen Abstände im Gelb und Rot ausgeglichen.

4. Munsell-System

Neben dem Ostwaldschen wird besonders in den USA das Munsell-System verwendet. Wie in den beiden vorgenannten Systemen bildet auch hier die Reihe der unbunten Farben die Achse. Wie im CIE-DIN-und Ostwald-System liegen die Farben gleicher Helligkeit in einer Ebene. Innerhalb dieser Ebenen liegen Farben zunehmender Sättigung in weiterer Entfernung von der Unbuntreihe. Farben gleicher Sättigung geben wie bei Ostwald Kreise, die auch im Farbton gleichabständig sein sollen. Der in dieser Weise entstehende Farbkörper (Abb. 7) ist nicht so regelmäßig wie der von Ostwald. Die Farbmaßzahlen sind Hue (= Farbton), Value (= Helligkeit) und Chroma ( = Sättigung).

Durch entsprechende Tabellen und Diagramme oder auf rechnerischem Wege können die X-, Y-, Z-Normfarbwerte des CIE-Systems in die Munsells umgerechnet werden. Die Überprüfung des Systems hat sogenannte Munsell-Neuwerte ergeben, die in der DIN-Farbenkarte verzeichnet sind.

Abb. 7. Munsell - Farbkörper

Die übrigen Farbsysteme, welche wie die genannten ebenfalls Festlegungen von Farbabweichungen ermöglichen, können hier keine Erwähnung finden. Es muss daher auf die Literatur verwiesen werden

B. Farbmessung und Farbabweichung

1. Prinzip der Toleranzformeln

Fast alle Toleranzformeln und auch die nach DIN 6164 haben die umfangreichen Untersuchungen von MacAdam als Grundlage, der aufgrund der Empfindlichkeitswelle ein Maß für die Abweichung aufgestellt hat. In der CIE-Farbtafel liegen die von einer Ausgangsfarbe in den verschiedenen Richtungen eben unterscheidbar abweichenden Farben in einer Ellipse als Schnitt eines Ellipsoids; diese sind in Abhängigkeit von der Farbart und dem Farbton einmal verschieden groß und zum anderen in der Lage ihrer Achsen zum Unbuntpunkt verschieden (also anisotrop). Die Farbdifferenz wird aus den Normfarbwerten bzw. Normfarbwertanteilen x, y von Standard und nachgebildeter Farbe direkt in zwei Gängen ermittelt. Zuerst ergibt die Differenz von x und y zum Standard nach Davidson und Hanlon in einer graphischen Auswertung die Farbartdifferenz C (Farbton und Sättigungsunterschied) in MacAdam-Einheiten. Der zweite Schritt ermittelt aus der Farbartdifferenz ∆C und der Differenz der Helligkeiten ∆Y die Gesamtdifferenz. Die zulässigen Abweichungen können in einem Diagramm, welches die Abweichungen ∆C und ∆Y als Ordinaten enthält, festgelegt werden. Da bisher kein Farbsystem gefunden ist, bei dem die Unterscheidungsschwelle, für alle Farben gleich ist, die graphische Darstellung der von einer gewissen Farbe empfindungsgemäß gleichweit entfernter Farben also eine Kugel ergibt - in der Projektion in die Farbtafel also einen Kreis -, müssen für die jeweiligen Farben in Abhängigkeit ihrer Lage im Farbenraum besondere visuelle Abmachungen zwischen Farberzeuger und -Verwender getroffen werden. Bei unbunten Farben wird von einer tolerierten Abweichung von 1,25 Mac-Adam-Einheiten berichtet.

In England wurde in einer Kommission der Society of Leather Trades Chemists eine Toleranzfestlegung ausgearbeitet und angenommen, die ebenfalls auf den Messergebnissen der CIE basiert. Auch diese Werte gehen auf die Arbeiten MacAdams zurück und werden von einem R. U. C. S. (Rectangular Uniform Ghromaticity Scales) einem gleichabständiger geordneten Farbsystem abgeleitet. Die Luminance- (= Leuchtdichte) - Differenz ∆βt wird mit der chromaticity(= Farbart) -Differenz Ct kombiniert zu der Differenzformel

Formel 1

Für gedeckte Leder werden 2T - 3T, für ungedeckte Anilin-Leder 10T als normal betrachtet.

Mudd hat in einem von The Physical Society Colour Group der Imperial College of Science and Technologie im Jahre 1958 in London veranstalteten Symposium on Colour Tolerance über seine Arbeit berichtet. Hier wurde dieses Gebiet von den verschiedensten Seiten beleuchtet, ein Beweis für die Bedeutung der exakten Farbmessung zur Charakterisierung von Farbabweichungen.

Umfangreiche wissenschaftliche Untersuchungen über die Farbtoleranzformel nach DIN 6164 wurden in der Zeit unserer Bearbeitung dieser Frage von A. Brockes durchgeführt. Er untersucht die Aussagefähigkeit der vektoriellen Farbdifferenzformel nach DIN 6164

Formel 2

gegenüber der ursprünglichen linearen Formel

Formel 3

und vergleicht diese mit den MacAdam-Werten.

Er findet unter anderem, dass die Genauigkeitsstufe 1 nach DIN 6164 noch zu weit gefasst ist, da in der Praxis häufig engere Toleranzen von 0,05 bis 0,1 DIN-Einheiten gefordert würden. Übereinstimmend mit anderen Ermittlungen findet er, dass die Genauigkeitsstufe 1 (∆EDIN = 0,17) etwa 4,3 MacAdam-Einheiten entspricht. Durch graphische Auswertung der mittleren Annehmbarkeit als Funktion der Farbdifferenz werden die MacAdam-Differenzen denen nach DIN 6164lin und DIN 6164vekt gegenübergestellt und gefunden, dass der linearen Form eine leichte Überlegenheit zukommt. H. Weise vergleicht ebenfalls die DIN-Differenzformel mit der MacAdamschen und kommt zum Schluss, dass unter den verschiedenen Abstandsformeln keine einheitliche Bewertung von Farbdifferenzen vorhanden ist und dass noch weitere, umfangreiche Untersuchungen nötig sein werden, um zu entscheiden, welche der Abstandsformeln endgültig Anerkennung finden soll. K. Schirmer bewertet die Lichtechtheit von Druckfarben mit Hilfe der Toleranzformel nach DIN 6164.

Entscheidend bei allen Überprüfungen der Farbdifferenzen und damit der Farbtoleranz-Formeln wird immer der Vergleich der visuellen Beurteilung der Farbunterschiede mit den nach den verschiedenen Methoden erhaltenen Zahlenwerten sein. Dazu ist auf mit dem Spektralphotometer ausgemessene Farbproben auf keinen Fall zu verzichten. Aus den CIE-Werten X, Y, Z bzw. x, y, Y kann auf die valenzmetrisch aufgebauten Farbsysteme DIN 6164, Ostwald, Munsell, R. U. C. S. umgerechnet werden. Viel Rechenarbeit ist zu sparen durch direkte Auswertung nach MacAdam.

Neben einer einheitlichen Beleuchtung (Xenonlampe als Lichtart C) sollte auch die Beobachtungs- und Vergleichstechnik vereinheitlicht werden. Hierzu gehört in erster Linie der weder durch Simultan = Neben- noch durch Succesiv = Nachkontrast beeinträchtigte Vergleich. Stark voneinander abweichende Proben dürfen zum Beispiel nicht gleichzeitig im Gesichtsfeld sein und das Vergleichen von Farben darf nicht unmittelbar hintereinander erfolgen. Der Nachkontrast wird durch etwa 20 Sekunden dauerndes Schließen der Augen verhindert; der Simultankontrast durch Vergleich in einer Umwelt, die keinen Kontrast auslöst. Ostwald empfiehlt hierfür die Auskleidung des Raumes mit Grau

1. dass allgemein alle Personen, welche mit Farben umgehen, über ihre Farbtüchtigkeit orientiert sein sollten, ist eine zwar stillschweigende, aber oft nicht beachtete Voraussetzung.

Im Idealfall sollten die zu vergleichenden Farben unmittelbar ohne Trennungslinie aneinanderstossen. Dies lässt sich jedoch nur mit mehr oder weniger Erfolg verwirklichen.

(Beim Vergleich der Abweichfarben mit der Sollfarbe 0 im Fenster der Abdeckmaske sollen die beiden Farben so aneinander gehalten werden, dass die Trennungslinie möglichst weitgehend verschwindet, was durch entsprechendes Neigen ermöglicht wird.)

Die vorgelegten Farbproben sollen dem Beobachter einmal ermöglichen, einen visuellen Vergleich Zwischen den Farbzeichen und den entsprechenden Farben zu ziehen; weiterhin lassen die Farbzeichen der abweichenden Farben beim Vergleich mit denen der Standardfarbe die Richtung des Unterschiedes erkennen. Die Differenzformel bringt die durch die Unterschiede in den einzelnen Faktoren Farbton, Sättigung und Dunkelstufe vorliegenden Abweichungen als Summe zur Anschauung. Sie muss als Summe für die Gesamtdifferenz erscheinen, weil die Farben infolge ihrer Dreidimensionalität sich in drei messbaren Richtungen gut voneinander unterscheiden können.

2. Toleranzformel im System DIN 6164

Die Toleranzformel ist von M. Richter aus der Abstandsformel zweier Punkte im Raum abgeleitet worden und wurde zur vorliegenden Untersuchung deswegen gewählt, weil die Farbzeichen des Systems die drei Bestandteile der Farbe erkennen lassen. Über die Toleranzerfassung unmittelbar aus den trichromatischen Farbwerten X, Y, Z bzw. x, y, Y auf Basis der Arbeiten von MacAdam hat am übersichtlichsten J. J. Hanion berichtet. In DIN 6164 ist die Toleranzformel

Formel 4

aufgestellt und für die Genauigkeitsstufe 1

Formel 5

Als Toleranzgrenzen bei Benutzung dieser Formel wurden für verschiedene Ansprüche Angleichstufen vorgeschlagen:

Edelangleich∆E = ∆E 1= 0,173
Feinangleich∆E = 2 ∆E 1= 0,346
Schlichtangleich∆E = 4 ∆E 1= 0,69
Grobangleich∆ = 8 ∆E 1= 1,39

Diese Vorschläge benutzt K. Schirmer zur Aufstellung von Qualitätsklassen für den Verpackungsdruck:

QualitätsklasseQualitätsbezeichnungBezeichnung des AusgleichsZulässige Abweichung von der Sollfarbe nach DIN 6164 ∆EDIN
IhöchsteEdel-0,173
IIhoheFein-0,346
IIInormalSchlicht-0,69
IVgeringGrob-1,39

Die Farben der verschiedenen Angleichstufen erfüllen in dem gleichabständig geordneten Farbsystem unterschiedlich große Kugelräume. M. Richter wählt in diesen zwölf gleichmäßig verteilte Farben aus, die in den Ecken eines Kubooktaeders liegen. (Diese Form entsteht aus einem Würfel, dessen Ecken bis zur Mitte jeder angrenzenden Seite weggeschnitten sind.) Im Mittelpunkt liegt die Sollfarbe, T0: S0: D0, deren Farbzeichen bekannt ist (Abb. 8).

Abb. 8. Kubooktaeder

Die Errechnung der Sollwerte für die geforderte Ausgleichstufe ist sehr umfangreich, und die Herstellung von vermessenen Farben zum visuellen Vergleich erfordert einen so hohen Arbeitsaufwand, dass sich die Anfertigung nur dann lohnt, wenn über längere Zeit eine größere Zahl von Interessenten diese Grenzmustertafeln benutzen kann. Im Bereich der Lederfarben ist das keineswegs der Fall, und es soll daher nur an einigen Farbproben Gelegenheit zur Beurteilung von Farbdifferenzen gegeben werden.

C. Farbmessung und Farbtoleranzen bei Leder

1. Voraussetzungen hinsichtlich der Einheitlichkeit der Färbung

Zunächst ist festzustellen, dass nur bei Ledern, deren Farbe durch Deckfarben in der ganzen Fläche einheitlich gemacht wurde, eine Festlegung der Farbe durch Maßzahlen sinnvoll und möglich ist. Wie schon visuell an nur mit löslichen Farbstoffen gefärbten und mit pigmentfreien Appreturen zugerichteten Ledern festzustellen ist, sind die Farbunterschiede innerhalb eines Felles so groß, dass seitens des Abnehmers eine Ablehnung erfolgen würde, wenn zwei oder mehr Felle oder Häute einheitlicher Farbe in diesen Abweichungen vorgelegt würden. Die Messung an den vom Euro-Modeausschuss ausgegebenen Urproben hat dies bestätigt. Es ist auch unmöglich, bestimmte Meßstellen innerhalb einer Haut zu vereinbaren, wie dies bei anderen physikalischen Eigenschaften üblich ist.

Aus diesem Grunde sind die im folgenden gezeigten Proben mit Collodiumdeckfarben hergestellt worden, die in vollkommener Deckung auf weißem Karton ausgespritzt wurden und daher einem voll ausgedeckten Leder entsprechen.

2. Einfluss des Glanzes auf die Messung

Neben der Farbe spielt der Glanz eine große Rolle bei der visuellen Beurteilung von Leder. Wissenschaftlich allen Forderungen entsprechende Glanzmessverfahren und Instrumente sind noch in der Entwicklung. Zur Glanzmessung wurde daher das einfache Gerät von Dr. B. Lange verwendet, mit dem im Deutschen Lederinstitut Freiberg gute Erfahrungen bei der Beurteilung des Glanzes verschiedener Schuhpflegemittel gemacht wurden. Die Glanzzahlen sind auf eine schwarze Glasplatte als Standard bezogen, deren Glanzzahl 100 ist. Die bei den Proben I 1-5 gezeigten Glanzstufen sind durch die angegebenen Verhältnisse von Glanz- und Mattlack bei gleichgehaltener Gesamtlackmenge zu einem Rotpigment erhalten worden und sollen zeigen, inwieweit bei der Messgeometrie des Spektralphotometers die Messresultate beeinflusst und in der Differenzzahl ersichtlich werden.

Die Standardfarbe wurde unter Zusatz von 100 Teilen Mattlack spritzfertig gemacht und hat das Farbzeichen I0 -: 7,40 : 5,85 : 2,77 - Glanzzahl 2,0.

Nr.MattlackGlanzlackTSD∆T∆S∆D∆EGlanzzahlAngl. Stufe
1150507,585,872,67+0,18+0,02-0,100,1736,4edel
1240607,595,882,71+0,19+0,03-0,060,1618,6edel
1330707,585.652,85+0,18-0,20+0,080,22810,6fein
1420807,616,322,67+0,21+0,47-0,100,42317,7schlicht
151007,656,502,65+0,25+0,65-0,120,57028,4schlicht

Die höheren Anteile an Glanzlack ergeben erwartungsgemäß höhere Glanzzahlen und eine gewisse Gesetzmäßigkeit in der Änderung des Farbtons nach höherem Rot, die wahrnehmbar ist; auch die größer werdende Sättigung ist zu erkennen, während die Dunkelstufe, wie auch die Messwerte zeigen, keine sichtbare Änderung erfährt. Die A E-Werte für 1-2 liegen nahe an der Grenze der Angleichstufe Edel, während die größeren Abweichungen im Farbton und der Sättigung bei den folgenden Stufen die Angleichstufen Fein und Schlicht ergeben.

Die wissenschaftliche Seite des Einflusses glänzender Oberflächen auf Remissionsmessungen bei unterschiedlicher Messgeometrie und unter Einsatz des Spektralphotometers sowie des Filtermeßgerätes behandelt A. Brockes.

3. Toleranzeinstellungen an Stammfarben

In einer zweiten Reihe sollen Zusätze von Weiß, Schwarz und Grau zu einer sehr reinen = gesättigten Stammfarbe die Farbänderung visuell und im Toleranzwert zeigen. Stammfarbe = Sollfarbe II 0 = 7,39 : 5,59 : 3,05 etwa Ostwald 7 pa.

Nr.ZumischungTSD∆T∆S∆D∆EAngleichstufe
1Weiß7,305,552,97-0,09-0,04-0,080,107edel
2Weiß7,295,592,94-0,100,00-0,110,131edel
3Weiß7,465,562,89+0,07-0,03-0,160,169fast fein (0,173)
4Weiß7,405,452,77+0,01-0,14-0,280,3fein
5Weiß7,425.382,76+0,03-0,21-0,290,333fast schlicht (0,346)
6Schwarz7,395,503,260,00-0,09+0,210,221fein
7Schwarz7,125,273,43-0,27-0,32+0,380,49edel
8Grau7,305,483,13-0,09-0,11+0,080,133edel
9Grau7,205,383,21-0,19-0,21+0,160,272fein

Beim visuellen Vergleich sind die Farbabweichungen insbesondere in den Werten der Dunkelstufe für die Farben II 1 - II 5 der Erwartung entsprechend zu beobachten, während die Sättigungswerte durch Verminderung des Buntanteils wohl vielfach mit der Dunkelstufenänderung gemeinsam empfunden werden dürften. Die Farbtonänderung ist für manchen Beobachter wohl nicht feststellbar. Von den drei im Edelangleich liegenden Farben II 1 - II 3 liegt die letzte fast an der Grenze, und es erhebt sich die Frage, ob die Toleranzgrenze überschritten ist. Die beiden weiteren Farben zeigen die Grenze zum Schlichtangleich, und es dürfte kein Zweifel hinsichtlich ihrer Ablehnung entstehen. Die durch Schwarzzusatz erzeugten Farben II 6 und II 7 haben die Grenze des Edelangleichs, wie deutlich zu erkennen ist, unterschiedlich weit überschritten.

Durch Grauzusatz entstanden je eine im Edelangleich und Feinangleich liegende Farbe. Hier wäre auf die visuelle Beurteilung der Farbunterschiede der beiden fast die gleiche Differenzzahl aufweisenden Farben II 2 und II 8 gegen die Sollfarbe hinzuweisen. Die geringen Änderungen im Farbton liegen innerhalb der Empfindungsschwelle bei den meisten Farben, doch wird die ∆ T von 0,27 deutlich wahrgenommen.

Die Reihe III hat als Sollfarbe III 0 eine hellklare, weißreiche, wenig gesättigte Farbe mit dem Farbzeichen 7,3 : 2,53 : 1,48 etwa Ostwald 7ga.

Bei allen Farben ist durch den Zusatz von Unbunt der Farbton in der erwarteten Richtung etwas nach Orange hin abgewichen, doch dürfte die Änderung innerhalb der Schwelle liegen.

Nr.ZumischungTSD∆T∆S∆D∆EAngleichstufe
1Grau7,212,481,55-0,09-0,05+0,070,091edel
2Schwarz7,152,421.53-0,15-0,11+0,080,144edel
3Schwarz7,02,301,53-0,3-0,23+0,050,253fein
4Schwarz7,222,281,69-0,08-0.25+0,210,318fein
5Weiß7,212,331,35-0,09-0,20-0,130,232fein
6Weiß7,172,441,20-0,13-0,09-0,280,297fein

Die Abnahme der Sättigung geht bei der visuellen Beurteilung beiden meisten Farben mit in die Abweichung der Dunkelstufe ein. Bei gleicher Angleichstufe der Farben 1 und 2 ist die unterschiedliche Größe der Farbdifferenz zu erkennen, ebenso wie die größere Abweichung von 4 zum Standard gegenüber der von 3 durch die ∆E-Werte richtig wiedergegeben erscheint. Die Bewertung der Differenzen zwischen 3 und 5 zur Sollfarbe lässt die Abweichung von 5 größer erscheinen bei kleinerem ∆E-Wert. Der Unterschied von ∆E = 0,065 zwischen 5 und 6 dürfte bei manchen Beobachtern etwa die Grenze der Unterscheidbarkeit darstellen.

In der folgenden Reihe IV ist eine typische Lederfarbe durch Zusätze von reiner Buntfarbe (Scharlach), zeigt sich bei der Messgeometrie des Spektralphotometers erst bei so großen Glanzunterschieden, dass Leder mit diesen in den meisten Fällen vom Verarbeiter abgelehnt würden.

Die Anfertigung von Grenzwertmustem ist zu aufwendig, da die wenigsten Lederfarben über längere Zeit und bei einer größeren Zahl von Lederherstellern und Verbrauchern im Gebrauch sind. Anstelle der Grenzmuster wird vorgeschlagen, von der vom Kunden gewünschten Farbe (Sollfarb-)Proben in voller Ausdeckung herzustellen, die unterschiedliche Zusätze an je einer Buntfarbe, welche den Farbton nach dem niedrigeren und höheren Farbton verändert, an Weiß, Schwarz und einem mittleren Grau erhalten. Mit Hilfe dieser Proben kann mit dem Kunden eine Absprache über die zulässige Farbabweichung getroffen werden, die gegebenenfalls durch Farbzeichen festgelegt werden könnte.

Die Toleranzzahlen nach DIN 6164 zeigen, dass sie, wie von anderer Seite wiederholt festgestellt

wurde, Farbabweichungen gut zum Ausdruck bringen. Für Leder ist die Feinangleichstufe wohl in den meisten Fällen zu groß, die Grenze des Edelangleichs von 0,173 wird in manchen Fällen nicht toleriert. Es wären unter Umständen kleinere Werte zu vereinbaren. Die Farbmessung mit dem Spektralphotometer ist so genau, dass Toleranzen festgelegt werden können. Über die Reproduzierbarkeit der Messungen besteht nach den vielen vorliegenden Resultaten kein Zweifel.

Die Aufnahme und Auswertung der Remissionskurven zu den Farbwerten X, Y, Z, die das direkte Messergebnis darstellen, ist allerdings nur mit registrierenden und integrierenden Instrumenten in angemessener Zeit möglich; leider ist deren Preis sehr hoch. Die Filtermessgeräte sind für die Absolutmessung zu ungenau, aber zur Differenzermittlung nach den von verschiedenen Bearbeitern dieses Gebietes gewonnenen Erfahrungen durchaus geeignet. Hierbei wird gegen eine spektralphotometrisch vermessene Sollfarbe als Standard anstelle des Weißstandards gemessen.

Mit Hilfe einiger weniger ausgemessener Farben sollte versucht werden, dem Praktiker ein ungefähres Bild von dem Stand der Färb- und Toleranzmessung und der Möglichkeit der Anwendung im Bereich des Leders zu vermitteln.

Um aus verschiedenen Gebieten, in denen die Farbe des Leders eine Rolle spielt, einen Überblick über die Zulässigkeit von Farbabweichungen zu bekommen, werden Interessenten gebeten, in ihrem Kreis Farbvergleiche an den vorgelegten Farben anzustellen und das Ergebnis der Westdeutschen Gerberschule, Reutlingen, auf beiliegender Postkarte mitzuteilen.

Die Aufgabe des Beurteilers besteht darin, die Felder der Vergleichs färben mit + bzw. - zu kennzeichnen, je nachdem er nach seinem Farbunterscheidungsvermögen bzw. nach den in seinem Tätigkeitsbereich üblichen Toleranzgrenzen die Abweichung von der Standardfarbe als zulässig oder nicht zulässig betrachtet.

Wir danken dem Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit.

Herrn Direktor Dr. Herfeld sei für manche anregende Diskussion gedankt sowie Frau Ursula Wacker und Herrn Rudolf Leuschner für die verständnisvolle Mitarbeit.

Literaturverzeichnis

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Farbmustersammlungen: Vorliegende Farbmustersammlungen der angeführten Farbsysteme:

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  2. E. Jacobsen, W.Granville, C.E.Foss, The Color Hamtony Manual,-3. Aufl. Chicago 1948.
  3. Oswaldsche Farbnormen, Verlag Musterschmidt, Göttingen.
  4. Biesalski, Pflanzenfarben-Atlas, Verlag Musterschmidt, Göttingen.
  5. Munsell, Munsell color Corporation Inc. Baltimore 1929.

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